Experimental demonstration and benchmarking of Microwave Photonic applications in a Field Programmable Photonic Gate Array

Abstract

[ES] Hasta ahora, todos los Circuitos Integrados Fotónicos han sido diseñados, fabricados, encapsulados y validados con el objetivo de implementar una única aplicación. La expansión de esta tecnología está limitada por el alto coste, los tiempos de desarrollo y su riesgo en fabricación, por ello nace un nuevo paradigma que propone el uso de hardware fotónico programable para multitud de aplicaciones. Sin embargo, debido a la madurez de la tecnología, la demostración de dispositivos fotónicos ha estado limitada a entornos de simulación. Para conseguir la primera demostración experimental a nivel mundial, presentamos el desarrollo de una rutina automática capaz de calibrar y caracterizar una cada uno de los elementos de una malla programable de tamaño arbitrario. Además, presentamos todas funciones y funcionalidades necesarias para facilitar la configuración del procesador fotónico programable. Finalmente, con el objetivo de validar los resultados obtenidos, utilizamos la calibración y el framework desarrollado para implementar filtros de Microwave Photonics: Unbalanced Mach-Zehnder Interferometers (UMZIs) y Optical Ring Resonators (ORRs). Con estos resultados demostramos el correcto funcionamiento y precision del primer sistema capaz de configurar circuitos opticos programables.

[EN] Until now photonic integrated circuits (PICs) are designed, fabricated, encapsulated and validated to accomplish a particular application. As this limits the expansion of the technology due to its related high cost, development times and risks, a recent paradigm proposed the use of multipurpose programmable photonic hardware. However, due to the ecosystem maturity, current implementations of fully functional programmable devices have been limited to simulation-based proof-of-concept works. To achieve the world-first experimental demonstration of a programmable device, we present the development of an automated routine that allows the characterization and calibration of arbitrary-sized programmable photonic cores based on waveguide mesh arrangements. The work also includes the development of the necessary functions and features to support the configuration of programmable photonic circuits. Finally, to validate the results, we apply the calibrated circuits and the developed framework for the experimental implementation of optical filters in microwave photonics: Unbalanced Mach-Zehnder Interferometers (UMZIs) and Optical Ring Resonators (ORRs). This demonstrates their successful performance and the accuracy of the first practical framework for the configuration of programmable photonic circuits.